3动量 机械能.doc

动量机械能动量老苗汤老苗汤泡脚老苗汤官网一、高考趋势二、知识结构三、考纲要求四、考点讲解五、典型例题六、高考真题七、单元练习机械能一、高考趋势二、知识结构三、考纲要求四、考点讲解五、典型例题六、高考真题七、单元练习动量一、高考趋势返回 本章知识是高考的热点，也是重点，试题经常与机械能守恒定律、平抛运动、圆周运动等力学及电磁学、原子物理等知识点组成综合题这类题型，前后两个物理过程总是通过碰撞来过渡的，这就决定了动量守恒方程在解题过程中的纽带作用，而且题目难度大多以综合、论述形式出现 从近年高考来看，有关动量的考题题型全面，但是选得和计算出现的频率大些，从1999年开始高考题将以调整后的教学内容和教学要求为依据在新要求中，不要求用动量定理公式进行计算，那么动量定理的定性应用和动量守恒定律的应用，特别是在实际生活、生产、新科技等中的应用题可能增加据此在学习中要重视这部分基本概念基本理论的理解，并培养用定性分析讨论问题的能力二、知识结构返回三、考纲要求返回四、考点讲解返回一、知识要点(一)重要的概念1.动量定义：把物体的质量和运动速度的乘积叫物体的动量公式：P=mv 单位：千克米/秒理解：动量是矢量，方向与v相同，v指即时速度2.动量的变化定义：物体的末动量减初动量叫物体动量的变化公式：P=P-P=mv-mv 单位：千克米/秒或牛顿秒理解：动量的变化是矢量，方向与v相同即v矢量，“减”是末动量矢量减初动量矢量，即平行四边形法则3.冲量定义：把t和力的作用时间的乘积叫力的冲量公式：I=Ft 单位：牛顿秒或千克米/秒理解：冲量是矢量、方向与F相同。(二)基本规律1.动量定理语言表述：合外力对物体的冲量等于物体动量的变化公式：F合t=P=mv-mv理解：F合是合外力而不是某个力，合外力是恒力时P与F合同向且为冲量的方向，合外力的方向变化时冲量与P同向。2.动量守衡定律语言叙述：相互作用的物体，如果不受外力作用或者它们所受的外力之和为零，它们的总动 量保持不变。公式：两个物体相互作用时，m1v1+m2v2=m1v1+m2v2理解：系统所受外力的合力虽不为零，但比系统内力小得多，如碰撞过程中的摩擦力，爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多，可以忽略不计。系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上的系统的总动量的分量保持不变。二、能力延伸1.动量、动量的变化、冲量都是矢量，正、负号表示跟规定的正方向相同或相反。2.P=P-P，P的方向可以跟初动量P相同；可以跟初动量P的方向相反，也可以跟初动量的方向成某一角度。3.动量定理不仅适用于恒定的力，也适用于随时间变化的力，对于变力，动量定理中的力F应当理解为变力在作用时间内的平均值。4.求变力的冲量，不能直接用Ft求解，应该由动量定律根据动量的变化间接求解，也可以 F-t图像下的“面积”的计算方法求解。5.用动量定理解释现象的题目一般有两类：一类是物体的动量的变化是一定的，此时力的作用时间越短，力就越大，时间越长，力就越小，另一类是作用力是相同的，此时力的作用时间越长，动量变化越大；动量变化越小的物体用的时间越短，分析问题时，要把哪个量相同 哪个量不同弄清楚。6.动量为状态量，对应的速度应为瞬时速度，动量守恒定律中的“总动量保持不变”指的应是系统的始、末两个时刻的总动量相等，或系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等。7.动量守恒公式中各速度都要相对同一惯性参照系，地球及相对地球静止或相对地球匀速直线运动的物体即为惯性参照系，所以在应用动量守恒定律研究地面上物体的运动时，一般以地球为参照系，如果题目中告诉的速度是物体间的相对速度，则要把它变换成对地的速度。8.在碰撞和爆炸现象中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理。9.一般的碰撞过程中，有正碰和斜碰，中学物理只研究正碰的情况。若碰撞过程中无能量损失，这种碰撞叫做弹性碰撞，若碰撞中有能量损失，则叫非完全弹性碰撞，若两物体碰后粘合在一起，这种碰撞动量损失最大，叫完全非弹性碰撞。五、典型例题返回例1. 质量为m的小球由高为H的光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中，重力、弹力、合力的冲量各是多大？解：力的作用时间都是，力的大小依次是mg、mgcos和mgsin，所以它们的冲量依次是： 特别要注意，该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。例2. 以初速度v0平抛出一个质量为m的物体，抛出后t秒内物体的动量变化是多少？解：因为合外力就是重力，所以p=Ft=mgt 有了动量定理，不论是求合力的冲量还是求物体动量的变化，都有了两种可供选择的等价的方法。本题用冲量求解，比先求末动量，再求初、末动量的矢量差要方便得多。当合外力为恒力时往往用Ft来求较为简单；当合外力为变力时，在高中阶段只能用p来求。例3. 鸡蛋从同一高度自由下落，第一次落在地板上，鸡蛋被打破；第二次落在泡沫塑料垫上，没有被打破。这是为什么？解：两次碰地（或碰塑料垫）瞬间鸡蛋的初速度相同，而末速度都是零也相同，所以两次碰撞过程鸡蛋的动量变化相同。根据Ft=p，第一次与地板作用时的接触时间短，作用力大，所以鸡蛋被打破；第二次与泡沫塑料垫作用的接触时间长，作用力小，所以鸡蛋没有被打破。（再说得准确一点应该指出：鸡蛋被打破是因为受到的压强大。鸡蛋和地板相互作用时的接触面积小而作用力大，所以压强大，鸡蛋被打破；鸡蛋和泡沫塑料垫相互作用时的接触面积大而作用力小，所以压强小，鸡蛋未被打破。）例4. 某同学要把压在木块下的纸抽出来。第一次他将纸迅速抽出，木块几乎不动；第二次他将纸较慢地抽出，木块反而被拉动了。这是为什么？解：物体动量的改变不是取决于合力的大小，而是取决于合力冲量的大小。在水平方向上，第一次木块受到的是滑动摩擦力，一般来说大于第二次受到的静摩擦力；但第一次力的作用时间极短，摩擦力的冲量小，因此木块没有明显的动量变化，几乎不动。第二次摩擦力虽然较小，但它的作用时间长，摩擦力的冲量反而大，因此木块会有明显的动量变化。例5. 质量为m的小球，从沙坑上方自由下落，经过时间t1到达沙坑表面，又经过时间t2停在沙坑里。求：沙对小球的平均阻力F；小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I。解：设刚开始下落的位置为A，刚好接触沙的位置为B，在沙中到达的最低点为C。在下落的全过程对小球用动量定理：重力作用时间为t1+t2，而阻力作用时间仅为t2，以竖直向下为正方向，有： mg(t1+t2)-Ft2=0, 解得： 仍然在下落的全过程对小球用动量定理：在t1时间内只有重力的冲量，在t2时间内只有总冲量（已包括重力冲量在内），以竖直向下为正方向，有：mgt1-I=0,I=mgt1这种题本身并不难，也不复杂，但一定要认真审题。要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合。若本题目给出小球自由下落的高度，可先把高度转换成时间后再用动量定理。当t1 t2时，Fmg。例6. 质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进，当速度为v0时拖车突然与汽车脱钩，到拖车停下瞬间司机才发现。若汽车的牵引力一直未变，车与路面的动摩擦因数为，那么拖车刚停下时，汽车的瞬时速度是多大？解：以汽车和拖车系统为研究对象，全过程系统受的合外力始终为，该过程经历时间为v0/g，末状态拖车的动量为零。全过程对系统用动量定理可得： 这种方法只能用在拖车停下之前。因为拖车停下后，系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力，因此合外力大小不再是。例7. 质量为m=1kg的小球由高h1=0.45m处自由下落，落到水平地面后，反跳的最大高度为h2=0.2m，从小球下落到反跳到最高点经历的时间为t=0.6s，取g=10m/s2。求：小球撞击地面过程中，球对地面的平均压力的大小F。解：以小球为研究对象，从开始下落到反跳到最高点的全过程动量变化为零，根据下降、上升高度可知其中下落、上升分别用时t1=0.3s和t2=0.2s，因此与地面作用的时间必为t3=0.1s。由动量定理得：mgt-Ft3=0 ，F=60N例8. 质量为M的楔形物块上有圆弧轨道，静止在水平面上。质量为m的小球以速度v1向物块运动。不计一切摩擦，圆弧小于90且足够长。求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v。解：系统水平方向动量守恒，全过程机械能也守恒。在小球上升过程中，由水平方向系统动量守恒得：由系统机械能守恒得： 解得全过程系统水平动量守恒，机械能守恒，得 本题和上面分析的弹性碰撞基本相同，唯一的不同点仅在于重力势能代替了弹性势能。例9. 动量分别为5kgm/s和6kgm/s的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动，A追上B并发生碰撞后。若已知碰撞后A的动量减小了2kgm/s，而方向不变，那么A、B质量之比的可能范围是什么？解：A能追上B，说明碰前vAvB,；碰后A的速度不大于B的速度， ；又因为碰撞过程系统动能不会增加， ，由以上不等式组解得：此类碰撞问题要考虑三个因素：碰撞中系统动量守恒；碰撞过程中系统动能不增加；碰前、碰后两个物体的位置关系（不穿越）和速度大小应保证其顺序合理。例10. 设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。解：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒： 从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f，设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2，如图所示，显然有s1-s2=d对子弹用动能定理： 对木块用动能定理： 、相减得： 这个式子的物理意义是：fd恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。 由上式不难求得平均阻力的大小：至于木块前进的距离s2，可以由以上、相比得出：从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动，位移与平均速度成正比： 一般情况下，所以s2vB B.vA=vBC.vAm时，相对静止是的共同速度必向左，不会再次与墙相碰，可求得摩擦生热是；当M=m时，显然最终共同速度为零，当Mm时，相对静止时的共同速度必向右，再次与墙相碰，直到小车停在墙边，后两种情况的摩擦生热都等于系统的初动能例18. 一传送带装置示意图如图，其中传送带经过AB区域时是水平的，经过BC区域时变为圆弧形（圆弧由光滑模板形成，为画出），经过CD区域时是倾斜的，AB和CD都与BC相切。现将大量的质量均为m的小货箱一个一个在A处放到传送带上，放置时初速为零，经传送带运送到D处，D和A的高度差为h。稳定工作时传送带速度不变，CD段上各箱等距排列，相邻两箱的距离为L。每个箱子在A处投放后，在到达B之前已经相对于传送带静止，且以后也不再滑动（忽略经BC段时的微小滑动）。已知在一段相当长的时间T内，共运送小货箱的数目为N。这装置由电动机带动，传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦。求电动机的平均输出功率P。解：电动机做功的过程，电能除了转化为小货箱的机械能，还有一部分由于小货箱和传送带间的滑动摩擦而转化成内能。摩擦生热可以由Q=fd求得，其中f是相对滑动的两个物体间的摩擦力大小，d是这两个物体间相对滑动的路程。本题中设传送带速度一直是v，则相对滑动过程中传送带的平均速度就是小货箱的2倍，相对滑动路程d和小货箱的实际位移s大小相同，故摩擦生热和小货箱的末动能大小相同Q=mv2/2。因此有W=mv2+mgh。又由已知，在一段相当长的时间T内，共运送小货箱的数目为N，所以有，vT=NL，带入后得到。六、高考真题返回1(2001全国)一个圆柱形的竖直的井里存有一定量的水，井的侧面和底部是密闭的在井中固定地插着一根两端开口的薄壁圆管，管和井共轴，管下端未触及井底在圆管内有一不漏气的活塞，它可沿圆管上下滑动开始时，管内外水面相齐，且活塞恰好接触水面，如图所示，现卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F，使活塞缓慢向上移动已知管筒半径r0.100m，井的半径R2r，水的密度1. 00103kgm3，大气压p01.00105Pa求活塞上升H9.00m的过程中拉力F所做的功(井和管在水面以上及水面以下的部分都足够长不计活塞质量，不计摩擦，重力加速度g10ms2) 2(2001上海)跳伞运动员在刚跳离飞机，其降落伞尚未打开的一段时间内，下列说法中正确的是( )(A)空气阻力做正功(B)重力势能增加(C)动能增加(D)空气阻力做负功3(2001上海)如图所示，光滑斜面的底端a与一块质量均匀、水平放置的平板光滑相接，平板长为2L，L1 m，其中心固定在高为R的竖直支架上，R1 m，支架的下端与垂直于底面的固定转轴O连接，因此平板可绕转轴O沿顺时针方向翻转问：(1)在斜面上离平板高度为h0处放置一滑块A，使其由静止滑下，滑块与平面间的动摩擦因数0.2，为使平板不翻转，h0最大为多少？(2)如果斜面上的滑块离平板的高度为h10.45 m，并在h1处先后由静止释放两块质量相同的滑块A、B，时间间隔为t0.2s，则B滑块滑上平板后多少时间，平板恰好翻转？(重力加速度g取10ms2)4(2001全国理科综合)下列是一些说法：一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速)，这两个力在同一段时间内的冲量一定相同；一质点受两个力作用且处于平衡状态(静止或匀速)，这两个力在同一段时间内做的功或